官能化立方液晶相物質及其制備和使用方法

專利名稱：官能化立方液晶相物質及其制備和使用方法
技術領域：
本發明涉及宮能化立方液晶相及其制備和使用方法。更具體地講，本發明涉及具有特制的用于專門用途性質的官能化立方液晶相物質。
背景技術：
對雙連續立方相液晶感興趣的主要原因在于它們的獨特結構。它們是由排列為雙分子層的類脂和水的混合物組成的。該雙分子層繼而盤繞成循環重復的三維結構，該結構能最小化彎曲該雙分子層的能量(即，最小化彎曲能)。參見Hyde，S.，Andersson，S.，Larrson，K.，Blum，Z.，Landh，T.，Lidin，S.，Ninham，B.W.，The Language of Shape，Elsevier Press，New York，1997。這些結構為具有水和類脂的雙連續區域的“蜂窩結構”，類似有機沸石或高度結構化的微乳。因此，這樣的結構能同時容納水溶性的、脂溶性的和兩親的分子，并給水溶性和脂溶性的物質提供擴散通道。盡管已提出了大量立方相，但普遍認可的雙連續液晶結構只有三種Pn3m(D-表面)、Ia3d(G-表面)和Im3m(P-表面)。參見Luzzati，V.，Vargas，R.，Mariani，P.，Gulik，A.，Delacroix，H.，J.Mol。Biol.，1993，229，540-551。這些結構難以用嚴格的數學關系表達。但是，如果用波節表面的術語表達，可近似得到其結構和形狀。參見von Schnering，H.G.，Nesper，R.Z.，Phys.B-Condensed Matter，1991，83，407-412。許多單酸甘油酯的相特性已被記載，且關于相特性的改變也已被定義。參見Qiu，H.，Caffrey，M.，“The phase diagramof the monoolein/water systemmetastability and equilibrium aspects”，Biomaterials，1999，21(3)，223-234。因此，甘油一油酸酯基的雙連續立方液晶相具有良好的溫度穩定性、高內表面面積、類似凝膠的粘度、對于鹽和溶劑組合物的相對不敏感性，并使用廉價的原料，使其適于商業用途。甘油一油酸酯天然地具有Pn3m和Ia3d結構，加入蛋白質則表現為Im3m結構。參見Rummel，G.，Hardmeyer，A.，Widmer，C.，Chiu，M.L.，Nollert，P.，Locher，K.P.，Pedruzzi，I.，Landau，E.M.，Rosenbusch，J.P.，J.Structural Biology，1998，121，82-91。
立方相液晶已以凝膠、分散體和前體的形式被使用。“凝膠”表示包含大部分立方相液晶的混合物。常見的是各混合物僅包含立方液晶相。這些凝膠的應用領域范圍可從藥物輸送載體(參見Shah，J.C.，Sadhale，Y.，Chilukuri，D.M.，Adv.Drug Delivery Rev.，2001，47(2-3)，229-250)到膜蛋白質可結晶化的基質(參見Landau，E.，Rosenbusch，J.，Proc.Natl.Acad.Sci.U.S.A.，1996，93(25)，14532-14535)，或其中可形成中孔性的納米顆粒的基質(參見Cruise，N.，Jansson，K.，Holmberg，K.，J.Colloid Interface Sci.，2001，241(2)，527-529)。
Nielsen在WO 98/47487中公開了生物粘合的液晶凝膠的組合物，該組合物包括立方相液晶和前體。組合物包括活性組分、可形成立方相的類脂和加入后不改變液晶結構的結構劑。這些組合物沒有公開使用水溶助長劑來形成液晶。
Engstrom等在美國專利5,753,259中公開了使用液晶凝膠，包括立方相液晶的組合物和方法，用于控制釋放領域。所公開的凝膠由類脂、溶劑和包括核酸的生物活性材料制成。但是，這些凝膠組合物沒有使用水溶助長劑。
“分散體”表示通常為亞微級的立方液晶相物質的顆粒。這些顆粒主要分散在液體介質中，通常稱為立方體。空化類脂和液體的混合物通常可制得立方相液晶的分散體。在均勻的納米顆粒分散體產生以前，這需要高壓和許多通道(參見Ljusberg-Wahren，H.，Nyberg，L.，Larsson，K.，Chimica Oggi，1996，14，40-43)。相對于囊泡和脂質體，立方體具有獨特的實際優點，因為它們是平衡相(參見Laughl in，R.G.Colloids and Surfaces A，1997，128，27-38)。立方體也比囊泡和脂質體具有大得多的內表面面積，且更能耐降解。
Anderson在WO 99/12640上和Landh等人在美國專利5,531,925中公開了用于輸送和吸收活性劑的立方相組合物及其制備。顆粒包括含有液晶或液體物質的中心和固體顆粒的外部。液體組合物包括類脂和極性溶劑，不使用水溶助長劑。
“前體”表示不是立方相液晶但在刺激因素作用下能形成立方相液晶的混合物。前體可用于以易流動的形式來分散混合物，但在刺激因素的作用下在目標位置可自發轉化為更粘稠的液晶。這可用于治療牙周病(參見Norling，Tomas，Lading，Pia，Engstroem，Sven，Larsson，Kare，Krog，Niels，Nissen，Soeren Soe，J.Clin.Periodontol，1992，19(9，Pt.2)，687-92。
Larson等人在美國專利5,196,201中公開了前體的制備及其組成，該前體用作植入物來治療疾病，例如修復骨組織。這些前體包含水基的液體、類脂和可任選的甘油三酯，混合后形成更易于流動的更濃縮的L2或D相，并在加入水后轉化為立方相。Leng等人在美國專利5,593,663中公開了止汗劑的組合物和制備，該止汗劑在應用后可吸收汗液形成粘稠的液晶相，包括立方相。但是，這些物質中不包含官能化物質。
立方液晶相物質由于它們天然的或未改性的性質在使用中受到局限。例如，立方相的天然性質限制了其溶解活性組分的能力。實際上，很多活性組分沒有有效負載(或隨后釋放)，因為立方相缺少與負載的活性組分的特定相互作用。如果活性組分被改性以在立方相中有效負載，那么它可能會失去其活性。另外，沒有便于商業化的方法來提供立方相活性組分的特定目標或增強的沉積。最后，沒有適用于“按要求”應用的立方相。“按要求”表示在某些刺激因素，例如pH值改變的情況下，立方相性質也發生改變。由此，需要一種技術來改性立方相并顯著增加立方相的可利用性。
發明概述立方液晶相前體包括(A)水溶助長劑、(B)能形成立方液晶相的兩親物、(C)任選的溶劑和(D)選自錨定劑、固定劑，及其組合的添加劑，其中組分(A)、(B)、(C)和(D)以相對質量分數存在，使得1.0＝a+b+c+d，其中a是組分(A)的質量分數，b是組分(B)的質量分數，c是組分(C)的質量分數，d是組分(D)的質量分數，且其中1.0＞a＞0，1.0＞b＞0，1.0＞c≥0，1.0＞d＞0；附加條件為a、b、c和d不在表示組分(A)、(B)、(C)和(D)的相特性的相圖上的立方液晶相區域。
塊狀立方液晶凝膠包括(A)水溶助長劑、(B)能形成立方液晶相的兩親物、(C)溶劑和(D)選自錨定劑、固定劑，及其組合的添加劑，其中組分(A)、(B)、(C)和(D)以彼此相對的質量分數存在，使得1.0＝a+b+c+d，其中a是組分(A)的質量分數，b是組分(B)的質量分數，c是組分(C)的質量分數，d是組分(D)的質量分數，且其中1.0＞a＞0，1.0＞b＞0，1.0＞c＞0，1.0＞d＞0；附加條件為a、b、c和d位于表示組分(A)、(B)、(C)和(D)的相特性的相圖上的立方液晶相區域。
立方液晶凝膠顆粒的分散體包括(A)水溶助長劑、(B)能形成立方液晶相的兩親物、(C)溶劑和(D)選自錨定劑、固定劑，及其組合的活性組分，其中組分(A)、(B)、(C)和(D)以彼此相對的質量分數存在，使得1.0＝a+b+c+d，其中a是組分(A)的質量分數，b是組分(B)的質量分數，c是組分(C)的質量分數，d是組分(D)的質量分數，且其中1.0＞a＞0，1.0＞b＞0，1.0＞c＞0，1.0＞d＞0；附加條件為a、b、c和d位于表示組分(A)、(B)、(C)和(D)的相特性的相圖上的結合有至少一個其它相的代表立方液晶相的區域，另有附加條件為分散體具有分散在其它相中的官能化立方液晶凝膠顆粒的形式。
附圖概述

圖1為代表組合物特性的相圖，該組合物包含水溶助長劑、兩親物和添加劑的結合物，以及溶劑。
圖2代表在官能化立方相雙分子層中的酮洛芬分子。
發明詳述本發明涉及前體、塊狀立方液晶凝膠、立方液晶凝膠顆粒的分散體、立方液晶凝膠顆粒，及其組合。除非另有說明，本發明中所使用的所有百分數、比率和比例都是基于重量計。除非另有說明，所有的測量都是在25℃溫度下進行。所引用的所有美國專利和印刷出版物都引入本發明以供參考。
術語的定義和使用“兩親物”是指同時含有親水基團和疏水基團的分子(例如，表面活性劑、類脂和聚合物)。
“錨定劑”是指小分子，包括具有脂溶性“尾”和水溶性“頭”的表面活性劑。不受理論的約束，據信脂溶性尾的作用就是溶解進入立方相雙分子層，水溶性頭的作用可能是提供與相關物質的特定(或特制)的相互作用，例如靜電力或氫鍵。
“塊狀立方凝膠”是指粘性的、結構上為各向同性的凝膠(透明、半透明或不透明)，具有正構的或反式的立方液晶結構，其組合物與表示該組合物的組分的相特性的相圖上的立方液晶相區域相對應。塊狀立方凝膠在本發明中也稱為塊狀立方液晶凝膠。
“膠態穩定”是指當立方凝膠顆粒分散在溶劑中時，顆粒經一段適當的時間后不會聚結、絮凝或附聚。
“立方凝膠顆粒”是指塊狀立方凝膠的分散形式，從技術上看，它們是與溶劑、各向同性液相、層狀相或其中任意兩個的組合平衡的立方液晶凝膠。立方凝膠顆粒在本發明中也稱為立方液晶凝膠顆粒。
“立方液晶相物質”是指一種組合物，該組合物位于表示該組合物的組分的相特性的相圖上的立方液晶相區域內，或者位于在相圖上與另一個相處于平衡的立方液晶相區域內。立方液晶相物質包括塊狀立方凝膠、立方凝膠顆粒和立方凝膠顆粒的分散體。
“立方復合體”是指根據本發明的官能化立方液晶相物質。
“凝膠”是指具有流變性的半固體系統。凝膠包括立方液晶物質，例如塊狀立方凝膠和立方凝膠顆粒的分散體。
“水溶助長劑”是指表面活性劑類的分子(包括至少一個親水基團和至少一個疏水基團)，其中該分子含有太短或太易于溶解的疏水基團或過于難溶或太大的親水基團，從而不能顯示表面活性劑的相特性。水溶助長劑極易溶解于水中，且不會在溶液中形成聚集體(例如，膠束)。水溶助長劑可溶解兩親物。在用溶劑稀釋由水溶助長劑和兩親物組成的混合物后，水溶助長劑不會抑制立方液晶相的形成。水溶助長劑增強了弱極性的和其它不溶于水的分子(例如甘油一油酸酯)與水溶液的可混性，這個效果通常稱為“鹽溶”。水溶助長劑典型地以足夠的濃度(即，1％或更大)存在以顯示上述水溶助長特性。
“L1”表示稀釋的液相。
“L2”表示濃縮的液相。
“類脂”表示任何中等分子量的兩親分子，其含有一個作為基本部分的脂族或芳族烴。
“糊劑”表示用于局部應用的液體，優選應用于動物(優選人)的皮膚，由于存在不溶解的和溶解的固體，該液體粘度被增大到大大抑制流動的程度。
“前體”表示在刺激因素的作用下可形成立方液晶相物質的制劑。刺激因素可以是以下幾項加入一些特定的物質，例如附加的水溶助長劑、兩親物或溶劑；除去一些特定的物質，例如一部分水溶助長劑、兩親物或溶劑；溫度改變；壓力改變；加入鹽；或者是含水體系的pH改變。
“穩定劑”表示防止分散相顆粒聚集、聚結和絮凝的試劑。穩定劑使分散的立方凝膠顆粒具有膠態穩定性。穩定劑包括在其表面可吸收離子物質、聚合物、帶電荷的類脂、表面活性劑和吸附到其表面的液晶相的小顆粒。
“表面活性劑”表示在水中具有如下性質的兩親物(1)減少界面張力，和(2)在低濃度時可在溶液中自發集聚。
“固定劑”表示比錨定劑大的分子，包括具有脂溶性片段和水溶性片段的改性聚合物、蛋白質和酶。不受理論的約束，據信脂溶性片段的作用就是溶解進入立方相的雙分子層，水溶性片段的作用可能是提供與相關物質的特定(或特制)的相互作用，例如靜電力或氫鍵。固定劑。
“熱力學穩定”表示系統處于它的最低能量狀態，或系統在一段適當的時間內動力學地陷于相同的狀態。
前體前體通常可包括水溶助長劑、能形成立方液晶相的兩親物、任選的溶劑和選自錨定劑、固定劑和/或它們的組合的添加劑。前體可任選地包括活性組分。
水溶助長劑水溶助長劑可以是單一的水溶助長劑或兩種或更多種水溶助長劑的混合物，能夠溶解兩親物，并可形成分散在各向同性液相內的立方凝膠顆粒。優選地，在利用溶劑充分稀釋由水溶助長劑和兩親物組成的混合物后，水溶助長劑不會抑制立方液晶相的形成。水溶助長劑可在處理過程中用作操作助劑來溶解兩親物并去除固體，以制備本發明的前體、凝膠、分散體和其它顆粒。水溶助長劑也可以抑制添加劑結晶，并增加可加入到前體、凝膠、分散體和/或顆粒的添加劑的量。不受理論的約束，據信水溶助長劑應具有足夠的水溶助長性質，以在其含量達到約10％時可形成立方液晶相。
示例的但非限制性的水溶助長劑包括醇、多元醇、醇乙氧基化物、衍生自單糖和多糖的表面活性劑、環氧乙烷和氧化丙烯的共聚物、脂肪酸乙氧基化物、脫水山梨糖醇衍生物、丁酸鈉、煙酰胺、鹽酸普魯卡因、乙二醇、丙二醇、甘油和聚甘油基酯，它們的乙氧基化衍生物，及其組合。示例的水溶助長劑包括甲醇、乙醇、1，4-丁二醇、1，2-己二醇、丁酸鈉、煙酰胺和鹽酸普魯卡因。
通過制備包括所述的水溶助長劑、兩親物和溶劑的組合物來確定適合的水溶助長劑。只要組合物形成立方相或結合有其它相的立方相，該水溶助長劑就是適合的。優選的水溶助長劑組合物形成立方相或結合有各向同性液體的立方相。
偏振光顯微鏡法(PLM)可用于測定組合物是否形成了立方相。可利用偏振光顯微鏡或構造的光盒來實施PLM，這記載于Laughlin，R.G。，J.ColloidInterface Sci，55，239-242(1976)。L1、L2、L3和立方相沒有雙折射性，看上去為黑色。立方相具有很強的粘性，而其它相(即L1、L2和L3)的粘性比較小，就像水一樣。因此，據信缺少雙折射性和塊狀的類似固體的流變性質表示立方相的存在。
兩親物兩親物可以是單一的兩親物或兩個或多個兩親物的組合物(例如，混合物)，該物質能夠形成立方液晶相。優選地，兩親物為在水溶助長劑、溶劑和添加劑存在的情況下能形成立方液晶相的表面活性劑。適合的親水基團及其選擇方法公開于Laughlin，R.G.，The Aqueous Phase Behavior of Surfactants，Academic Press，New York，1994，pg.255，和國際專利公布WO 99/12640中。適合的兩親物的非限制性實施例摘錄在下面的表1-5中。
表1-陰離子親水基團
表2-陽離子親水基團
表3-兩性離子親水基團
表4-偶極親水基團
表5-單鍵親水基團
在表1至5中，R’表示烴基，優選為烷基。M表示金屬原子。下標m為1、2或3。X表示鹵素原子。
示例的但非限制性的親脂基團包括一價烴基、取代的一價烴基、表面活性劑和硅氧烷。適合的一價烴基具有6至22個碳原子、優選8至22個碳原子、更優選10至18個碳原子。取代的一價烴基包括鹵代一價烴基，典型地具有6至22個碳原子。一價烴基和取代的一價烴基可以是飽和的或不飽和的，支鏈的或無支鏈的。優選的支鏈烴基典型地具有8至22個碳原子。優選的直鏈烴基具有8至18個碳原子。
優選地，兩親物包括具有HLB值為約2.1至約4.6的表面活性劑。參見Porter，M.R.，Handbook of Surfactants，第二版，Blackie Academic &Professional，pp.188-236。適合的單酸甘油酯應具有足夠的純度以形成結合有溶劑和水溶助長劑的立方液晶相。單酸甘油酯典型地具有大于約40％至100％的純度，優選約82.5％至100％的純度，但是，小于約40％的純度也是適合的。
一類優選的表面活性劑包括具有下式的單酸甘油酯
R選自具有6至22個碳原子、優選8至22個碳原子、更優選10至18個碳原子的一價烴基和具有6至22個碳原子的一價鹵代烴基。一價烴基可以是飽和的或不飽和的，支鏈的或無支鏈的。優選的支鏈烴基典型地具有8至22個碳原子。優選的直鏈烴基具有8至18個碳原子。優選的單酸甘油酯的熔點為大于或等于40℃。國際專利公布WO 99/12640公開了能形成立方液晶相的適合的兩親物。
示例的兩親物公開于美國專利5,756,108，它們包括3，7，11，15-四甲基-1，2，3-十六烷三醇、植烷三醇、N-甲基葡糖胺的N-2-烷氧羰基衍生物、和不飽和的脂肪酸單酸甘油酯、單酸甘油酯表面活性劑，例如甘油一油酸酯(HLB為3.8)、甘油單硬脂酰酯(HLB為3.4)；乙氧基化醇表面活性劑，例如C12EO2、C12EO23和C16EO3，其中EO表示環氧乙烷基團(參見Lynch等人，“Aqueous PhaseBehavior and Cubic Phase-Containing Emulsions in the C12E2-WaterSystem，”Langmuir，Vol.ll 16，No.7，pp.3537-3542(2000))；一亞油精、及其組合。
其它適合的兩親物可包括兩性表面活性劑，例如甜菜堿、甘氨酸鹽、氨基丙酸鹽，及其組合。附加的適合兩親物包括來自生物的類脂，例如脂肪酸、酰基甘油、甘油磷脂、磷脂酸(及其鹽)、磷酸酰乙醇胺、磷脂酰膽堿(卵磷脂)、磷脂酰絲氨酸、磷脂酰肌醇、磷酸酰乙醇胺、鞘脂(神經酰胺)、鞘髓磷脂、腦苷脂類、葡糖腦苷脂、神經節苷脂、類固醇、膽甾醇酯(硬脂酸酯等)、糖基表面活性劑、糖脂、半乳糖脂，及其組合。
溶劑溶劑可以是單獨的一種溶劑或兩種或多種極性或非極性溶劑的組合，并可包含其它組分，例如緩沖劑和/或穩定劑。示例的但非限制性的極性溶劑包括水、甘油、聚二醇，例如聚乙二醇；甲酰胺類，例如甲酰胺、正甲基甲酰胺和二甲基甲酰胺；乙基硝酸銨；及其組合。示例的但非限制性的非極性溶劑包括脂族烴，例如烷烴；和脂肪族酯，例如羊毛脂；和取代的烴，例如鹵代烴。
添加劑通常，添加劑為錨定劑、固定劑和/或它們的組合，具有低克拉夫特溫度，優選地低于約25℃以防止結晶。最優選地，錨定劑選自帶正電荷的表面活性劑和帶負電荷的表面活性劑。適合的表面活性劑的實施例記載于McCutcheon，Emulsifiers & Detergents，North American Edition，vol.1(1994)。優選的帶正電荷的表面活性劑包括鹽酸二辛基癸基胺。優選的帶負電荷的表面活性劑包括油酸鉀。固定劑優選地選自衍生多糖和直鏈取代聚合物。但是，錨定劑和/或固定劑的準確選擇取決于多種因素，包括含有所述錨定劑和/或固定劑的前體、凝膠、分散體或顆粒的使用目的；和將要加入的任意活性組分。
至少有兩種類型的固定劑。一種類型可被認為是大的表面活性劑，例如， 其中分子的一端為脂溶性的片段或鏈，在另一端為用于特定官能用途的附加的水溶性片段。大的聚合物間隔體或主鏈可分離這些基團。
另一類固定劑引入了脂溶性的片段(例如，脂族鏈)，該片段可以利用具有多個位點用于相互作用的水溶性聚合片段來連接雙分子層，例如多齒配體，例如 該圖像顯示了示例性的帶電荷的肽片段，該片段可與雙分子層相連(Lys＝賴氨酸)。可比較的情況為賴氨酸被聚乙烯醇(PVA)取代的聚合物，如下圖所示。也可以用聚乙烯醇(PVA)來取代賴氨酸，例如 當n為從約1至約50的整數。
優選的固定劑為直鏈、支鏈、嵌段共聚物、無規共聚物或接枝共聚物。示例的單體(用于單體或共聚物應用)、錨定劑和固定劑列于表6。或者，在表3和4中包含水溶助長基團的上述表面活性劑可用作固定劑或活性組分，只要它們不被用作兩親物。
優選地，添加劑的疏水鏈長度與立方相的疏水區域相匹配，以提供在立方相的雙分子層中的有效溶解度。另外，添加劑可具有在溶劑中的最小溶解度，以確保添加劑與立方相相連，而不是被分配到溶劑中。對于錨定劑，優選雙鏈的而不是單鏈的表面活性劑和類脂。對于固定劑，與相應的錨定劑相比，由于固定劑具有可能的多分子連接位點，所以它需要較高的溶劑溶解性。當需要pH值、溶劑或離子強度觸發的制劑時，使用帶電荷的頭基團表面活性劑、類脂和聚合物。另外，可依據靜電力和氫鍵來選擇添加劑，例如，選擇一種與目標物質，例如另一種活性組分具有靜電作用的添加劑。但是，一般優選地將在錨定劑或固定劑上的電荷最大化。通過清除點電荷，例如，通過質子化羧酸酯，來改變電荷。另外，根據需要可改變介質的任意介電常數。加入鹽可以增加溶液的介電常數，降低物質之間的相互作用。因此，據信可優選地使物質盡量靠近以最大化相互作用。另外，在添加劑中水溶助長劑的存在可抑制添加劑結晶，并可使得添加劑的量增大或擴大可使用的添加劑的范圍。
在另一個實施方案中，添加劑可被選擇以氫鍵與目標物質例如活性組分相連接。當需要溫度觸發的“按要求”制劑時，可使用環氧乙烷基頭基團表面活性劑、類脂和聚合物。
表6添加劑實施例
活性組分上述前體還可包括活性組分。活性組分可以是一種活性組分，或是兩種或多種以上活性組分的組合。加入的活性組分的量可使得由前體制成的塊狀立方凝膠將包含基于每重量份凝膠為高達約15％多或少重量份的活性組分，優選地約1％至約10％重量份的活性組分。
活性組分可以是農用化學品，例如可溶于水和不溶于水的殺蟲劑和除草劑。殺蟲劑和除草劑可以包含到三元體系中作為具有水溶助長性質的活性組分，或作為從水溶助長劑中分離的活性組分。示例的且非限制性的殺蟲劑包括有機磷酸酯，例如二嗪農；和非有機磷酸酯，例如禾草靈甲基(diclofop-methyl)、氯唑靈、乙烯菌核利(vinclozolin)、阿特拉津、草氨酰、克螨特和野麥畏。示例的且非限制性的除草劑包括阿特拉津、煙嘧磺隆、唑酮草酯、滅草煙、氟草氨、三氟羧草醚。
活性組分可以是制藥用的或化妝用的化合物，例如非甾族抗炎劑(例如，酮洛芬)、甲硝唑、乙酰基水楊酸、克霉唑、胰島素、利多卡因、鹽酸鹽、硝化甘油、丙胺卡因、鹽酸四環素、芐青霉素、無環鳥苷、愈創木酚甘油醚、褪黑激素、甲硝唑、苯丙醇胺、偽麻黃堿鹽酸鹽、噻嗎洛爾馬來酸鹽、無環鳥苷、氫化可的松、米諾地爾(落建)、西地那非檸檬酸酯(偉哥)、鹽酸依氟鳥氨酸(Vaniqua)、吡啶硫酮鋅、皮膚潤濕劑，及其組合。活性組分也可以是酶或營養素，例如維生素或礦物質，例如維生素E、C；鋅或鐵。
圖1代表由水溶助長劑103、兩親物和添加劑的混合物106和溶劑109組成的體系的三元相圖100。單一的相(除了立方相)可用作前體。例如，位于相圖上的單一相區域，例如各向同性液體區域124和層狀區域121的組合物為適合的前體。位于在其中不形成立方相的多相區域112的組合物也適合作為前體。不在Pn3m立方相區域115和Ia3d立方相區域118的組合物為適合的前體，這記載于Luzzati等人，J.Mol.Biol.，229，540-551(1993)。
前體可用于在某些條件下，例如存在將改變系統組成的汗液、唾液或其它物質，而希望形成立方相的情況，使得它位于環繞兩個立方相115和118的任意一個的區域或在這兩個立方相115、118之內的區域。本發明的前體可用于直接形成塊狀立方凝膠、分散的立方凝膠顆粒或這兩者的組合，這取決于配制人員的需要。
塊狀立方凝膠和分散體在圖1中，分散體應位于在相圖100上表示結合有另一個相127的立方液晶相的區域。因此，在塊狀立方凝膠中的(A)、(B)、(C)和(D)的質量分數優選地具有下列關系0.1≥a＞0，0.8≥b＞0，0.4≥c＞0和0.1≥d＞0，更優選地，0.1≥a＞0，0.1≥b＞0，0.95≥c＞0和0.1≥d＞0。
(A)、(B)、(C)和(D)如上所述。但是，(A)、(B)、(C)和(D)的量是不相同的，從而或者形成了塊狀立方凝膠，或者形成立方液晶凝膠分散體。對于塊狀立方凝膠，各個組分的量應使得混合的組分形成立方液晶相或結合有一個或多個其它相的立方液晶相。不受理論的約束，據信位于相圖上的立方液晶相區域的組分的量的組合適用于本發明。參照圖1，溶劑109、水溶助長劑103與由兩親物和添加劑組成的混合物106的量應位于相圖上立方相區域115、118中之一。另外，活性組分可以加入到塊狀立方凝膠中。
制備前體和官能化立方相物質的方法前體制備前體的方法包括1)將能形成立方液晶相的兩親物與任選的水溶助長劑混合；2)加入選自錨定劑、固定劑，及其組合的添加劑；和3)任選地加入溶劑。
在步驟1)中，將水溶助長劑和兩親物混合。當兩親物為液體時，水溶助長劑和兩親物可通過攪拌混合。當兩親物為固體如甘油一油酸酯時，優選地通過加熱兩親物至超過其熔點，然后將熔化的兩親物與水溶助長劑混合，從而實現這兩者的混合。或者，兩親物可被粉碎為固體顆粒，然后與水溶助長劑混合。任選地，在步驟1)中，水溶助長劑可溶解到水溶助長劑的水溶液中，然后將該溶液與兩親物混合。
步驟2)和3)可在該方法的任何時候實施。步驟2)的產物可含有一定量的(A)、(B)、(C)和(D)，它們對應于相關相圖上不形成立方相的任意區域。優選地，在25℃時步驟3)的產物是各向同性液體。
該方法可另外包括在如上所述的任意時間加入活性組分。當由前體形成的凝膠的含量占(A)、(B)、(C)和(D)的混合重量高達約15％、優選地約0至約10％，活性組分的量為充足的。
塊狀立方液晶凝膠可通過對已制得的前體應用刺激因素，從而制得塊狀立方液晶凝膠。非限制性的刺激因素包括溫度改變、壓力改變、加入鹽、pH改變、加入特定物質，例如附加的水溶助長劑、兩親物或溶劑；除去特定物質，例如一部分的水溶助長劑、兩親物或溶劑，及其組合。
前體可被稀釋，例如，通過將前體與附加的(A)水溶助長劑、(B)兩親物或(C)溶劑混合。通過混合一定量的對應相關相圖上的立方相區域的組分(A)、(B)、(C)和(D)，可直接制備塊狀立方液晶凝膠。在塊狀立方液晶凝膠的形成完成后，所有或部分的水溶助長劑可被除去。
分散的立方液晶凝膠顆粒分散的立方液晶凝膠顆粒可由塊狀立方凝膠制備，或直接由至少一種前體制備。
通過1)分散步驟，其選自a)將上述的前體分散到溶劑中，和b)將溶劑分散到前體中，然后再稀釋；和2)可任選地，穩定步驟1)中的產物，從而由至少一種前體來直接制備分散體。
通過應用流體剪力，例如在剪切磨機中；應用超聲波；通過小孔膜(膜乳化)擠壓；橫向膜乳化；由相對的噴嘴來碰撞前體流和溶劑流；使用靜態混合器；或在微混合器中混合溶劑流和前體流，該混合器利用層流或湍流剪切流動條件來分散流體，從而可以實施步驟a)和b)。前體也可與溶劑接觸，方法是將細霧狀前體噴射至一個包括溶劑蒸汽的環境。噴射形成了具有立方液晶相的表面涂層的小滴。然后可將大量小滴收集到水中來分散顆粒，并完成將它們轉化為立方液晶凝膠顆粒的過程。或者，通過使汽化的溶劑以氣泡形式進入前體，從而可將溶劑加入到前體中。步驟1)的產物為立方液晶凝膠顆粒的分散體，其聚集體是不穩定的。
通過加入(F)穩定劑，或通過在顆粒表面形成層狀液晶相的涂層來穩定步驟1)的產物。也可通過將步驟1)的產物直接分散到粘性的含水基質中，例如通過水溶性穩定劑(例如卡波姆纖維質聚合物)形成的基質，來穩定步驟1)的產物。步驟2)的產物為膠態穩定立方液晶凝膠顆粒的分散體。
或者，步驟1)和2)可組合起來。通過將穩定劑(F)加入到溶劑(C)中形成穩定組合物，然后將該穩定組合物與步驟1)的產物混合，可組合步驟1)和2)。
前體可被稀釋以形成中間體，例如層狀液晶顆粒的分散體、囊泡、或易分散的乳液。結合在步驟1)和2)中的上述分散和穩定步驟，并進一步稀釋，這些中間體的任意一種可用于形成立方液晶凝膠顆粒的膠態穩定的分散體。這是因為可在形成顆粒之前形成和穩定分散體。這種方法具有如下優點中間體比可能更粘稠的分散體更易于分散和穩定，且一旦穩定后，所得的穩定中間體可被稀釋形成不需進一步穩定的立方液晶凝膠顆粒。
也可通過將塊狀立方凝膠在剪切磨機中剪切、超聲破碎、微混合器分散或膜乳化來粉碎塊狀立方凝膠，從而制得立方凝膠顆粒。
通過除去足夠量的溶劑(C)和/或溶劑(C)和水溶助長劑(A)的混合物，顆粒可從制得的分散體中分離。通過蒸發可干燥顆粒，或通過離心、過濾，或其組合將顆粒從分散體中去除。
使用方法利用錨定劑和固定劑的官能化可以改性官能化的立方液晶相物質的內部性質，使其能夠輸送和控制釋放活性組分。圖2說明了帶負電荷的物質201(例如，離子化酮洛芬)連接進入被二辛基癸基二甲基氯化胺202(DODMAC)官能化的雙連續立方液晶200。這種相互作用可增加負載量，并增強物質的釋放性質。在本發明的一個實施方案中，前體、凝膠、分散體和顆粒可用于局部輸送制藥用的和/或化妝用的活性組分，例如酮洛芬和上述物質。
前體、凝膠、分散體和顆粒可用于營養素的輸送、膠囊化、穩定化和/或酶輸送，并可產生可透膜的蛋白質晶體結構。另外，通過連接在可吸收一些生物靶體的孔內的酶，立方復合體可制成微型反應器，除去在它們的環境中的有毒化合物，例如重金屬，將它們在聚集體中濃縮，然后撇去廢水。
官能化可提供附加的性質來增強物質的外部性質，并有助于膠態穩定性。作為非限制性的實施例，立方復合體的外部可利用電荷來改性以增強在基質上的沉積。目標基質的非限制性實施例包括皮膚、毛發、織物和植物表面。通過將酶蛋白質粘貼到具有一些制藥價值的聚集體的外部，也可以提供聚集體到生物位點的選擇性粘附。據信，粘附大分子可在空間上阻止由連接的聚合物產生的聚集。
官能化提供附加的性質以生成“按要求”產物。“按要求”表示在刺激因素的作用下立方復合體釋放或捕獲物質的內部和外部性質。非限制性的釋放或捕獲可通過下列因素來引發，其包括pH(具有限定pKa的帶電種類)改變、加入鹽(減少靜電屏蔽)、加入電介質溶劑(最小化靜電力的作用)、或通過加入或選擇性地除去可選擇性地粘合到區域的組分。
優選地，由活性組分(包括農用化學品，例如除草劑和殺蟲劑)到基質(例如植物或昆蟲表面)的控釋輸送可利用立方凝膠前體通過蒸發和/或稀釋來進行。蒸發和/或稀釋過程產生了“易反應的”液體，該液體可提供活性組分的目標輸送，以響應刺激因素，例如通過殘余水分的稀釋或噴霧引起的蒸發。蒸發和稀釋過程可通過在相圖上的由起點到終點所畫的線來表示。
稀釋稀釋過程的起點可以是在前述相圖上的任意前體區域，終點可以是任意的單相立方液晶區域或多相區域。稀釋過程的軌跡可通過在三元相圖上的起點和溶劑頂點之間所畫的直線確定。一旦選好了起點，終點就應落在該直線上。
在稀釋過程的一個示例的實施方案中，由兩親物與具有水溶助長性的活性組分或結合有水溶助長劑的單獨活性組分組成的混合物混合后形成各向同性的液體前體，然后將該前體噴射到涂有溶劑的基質上。噴射過程可將前體分散為可涂覆基質并接觸溶劑的小液滴。在基質上混合溶劑和前體以進行稀釋，驅使液滴體系進入相圖上的立方相溶劑區域，產生溶劑、活性組分和立方液晶物質的涂層，該涂層緩慢地釋放活性組分進入基質。單酸甘油酯為用于植物領域的優選的兩親物，因為據信單酸甘油酯可增強活性組分對葉子表面的滲透。
蒸發蒸發過程類似于稀釋過程，因為在三元相圖上的起點也是一個前體，由此溶劑和/或水溶助長劑被蒸發以驅使體系至相圖上的終點，該終點在單相立方液晶區域或多相區域(其中至少一個相為立方液晶)。對于蒸發，選擇起點表示該過程的軌跡將向相圖上的兩親物頂點延伸。所得的準確路線可以是溶劑和水溶助長劑的混合物的蒸汽壓的函數，對于稀釋過程，它不是直線。可在噴射期間和/或在沉積到目標基質后進行蒸發。
在蒸發過程的一個實施方案中，兩親物、水溶助長劑、溶劑和活性組分的混合物混合形成各向同性的液體前體以噴射到基質上。噴射可將前體分散為小滴，增加了有效噴射面積和汽化溶劑和/或水溶助長劑的能力。隨著蒸發過程的進行，液滴系統迅速進入到三元相圖上的立方液晶區域，生成由溶劑、活性組分和立方液晶物質組成的涂層，該涂層能緩慢釋放活性物質進入基質。單酸甘油酯為優選的應用于植物領域的兩親物，因為據信單酸甘油酯可增強活性組分的葉子表面滲透。
實施例水溶助長劑的效用測定一定量的用作水溶助長劑的化合物溶解在水中，形成水溶助長劑溶液。將溶液加入到甘油一油酸酯(DIMODANMO90K)中生成組合物。在25℃至30℃，該組合物被靜置過夜以達到平衡，然后通過前述的偏振光顯微鏡法(PLM)進行分析。
低溫透射顯微鏡術(低混-TEM)通過低溫-TEM來評測樣品以確定是否有立方相形成。為了使用低溫-TEM法，在一個受控的環境透明的系統(CEVS)中制備樣品，這記載于Bellare，J.R.，Davis，H.T.，Scriven，L.E.，Talmon，Y.，“Controlled environmentvitrification technique”，J.Electron Microsc.Tech.，1988，10，87-111。
小角度X-射線散射(SAXS)SAXS圖案對于各個類型的液晶都是唯一的。因此，它是一項確認液晶結構的先進技術。液晶相的示例的SAXS圖案記載于Luzzati，V.，Tardieu，A.，Gulik-Kryzwicki，T.，Rivas，E.，Riess-Husson，F.，Nature，1968，220，485-488中。由于立方相對稱，相對的波峰位置的圖形產生一條其斜率與點陣參數成反比的直線，確認了立方相液晶的存在。 下面是立方相對稱的典型反射值Pn3m[110]，[111]，[200]，[211]，[220]和[221]；Ia3d[211]，[220]，[321]，[400]，[420]和[332]。
實施例1-生成立方復合體將2.02512g甘油一油酸酯加入到小瓶，在40℃熔化。然后將0.03977g硬脂酸和0.08190g乙醇加入到混合物中。最后，將4.71316g的pH＝10的緩沖劑加入到混合物中。使樣品平衡幾個小時，然后進行SAXS測量。
比較實施例1在小瓶中制備由2克甘油一油酸酯、4.67克pH為10的緩沖劑和2％硬脂酸鈉組成的混合物。在一個40℃的熱板上熔化甘油一油酸酯，并加入硬脂酸。一旦硬脂酸完全溶解，加入適量的緩沖劑。通過X射線衍射來分析所得凝膠。
實施例2在小瓶中制備由2克甘油一油酸酯、4.67克pH為10的緩沖劑、2％硬脂酸鈉(添加劑)和4％乙醇(水溶助長劑)組成的混合物。在一個40℃的熱板上熔化甘油一油酸酯，加入硬脂酸和乙醇。一旦所有的組分都溶解了，加入pH為10的緩沖劑，使用X射線衍射來分析凝膠。
比較實施例2含有4％乙醇的甘油一油酸酯基立方液晶相。
實施例3和比較實施例2一樣，制備和分析由2克甘油一油酸酯、4.67克pH為10的緩沖劑、2％硬脂酸鈉和4％乙醇(水溶助長劑)組成的混合物。
實施例4將二(低芥酸菜子乙基酯)二甲基氯化銨(DEDAC)加入到結合有活性組分(酮洛芬)的甘油一油酸酯(20％的負載錨定劑)。
實施例5由0.09510克甘油一油酸酯和0.0063g鹽酸二(低芥酸菜子乙基酯)二甲基胺(DEEDAC)組成的混合物完全溶解到最小量的乙醇中。加入水以將水∶乙醇的比例稀釋至95％∶5％，來提供官能化立方液晶相的分散體。
上述實施例2、3和4的數據適合度列于表7。
表7實施例2、3和4的數據適合度
盡管已用具體實施方案來說明和描述了本發明，但顯而易見的是，本領域的技術人員可在不背離本發明的精神和保護范圍的情況下作出許多其它的變化和修改。因此所附的權利要求書用于覆蓋所有這些在本發明的保護范圍之內的變化和修改。
權利要求
1.立方液晶相前體，其特征在于該前體包括(A)水溶助長劑，(B)能形成立方液晶相的兩親物，(C)任選的溶劑，和(D)選自錨定劑、固定劑，及其組合的添加劑，其特征在于(A)、(B)、(C)和(D)以相對質量分數存在，使得1.0＝a+b+c+d其特征在于a是組分(A)的質量分數，b是組分(B)的質量分數，c是組分(C)的質量分數，d是組分(D)的質量分數，且特征在于1.0＞a＞0，1.0＞b＞0，1.0＞c≥0，1.0＞d＞0；附加條件為a、b、c和d不在表示組分(A)、(B)、(C)和(D)的相特性的相圖上的立方液晶相區域。
2.如權利要求1所述的前體，其特征在于(A)選自低分子量醇、多元醇、醇乙氧基化物、衍生自單糖和多糖的表面活性劑、環氧乙烷和氧化丙烯的共聚物、脂肪酸乙氧基化物、脫水山梨糖醇衍生物、丁酸鈉、煙酰胺、鹽酸普魯卡因；和乙二醇、丙二醇、甘油和聚甘油基酯，和它們的乙氧基化衍生物，及其組合。
3.如前述任一項權利要求所述的前體，其特征在于(B)為具有下式的單酸甘油酯 其特征在于R選自具有6至22個碳原子的一價烴基和具有6至22個碳原子的一價鹵代烴基。
4.如前述任一項權利要求所述的前體，其特征在于(D)為錨定劑，選自帶正電荷的表面活性劑、帶負電荷的表面活性劑、兩性表面活性劑、來自生物源的類脂，及其組合。
5.如前述任一項權利要求所述的前體，其特征在于所述錨定劑為帶正電荷的表面活性劑，選自四元表面活性劑、咪唑啉基表面活性劑、取代的氨基酸，及其組合。
6.如前述任一項權利要求所述的前體，其特征在于(D)為固定劑，選自衍生多糖、直鏈取代的聚合物、星形聚合物、多肽和多核苷酸，及其組合。
7.如前述任一項權利要求所述的前體，其特征在于所述固定劑為衍生多糖，選自纖維素衍生物、甲殼質衍生物、淀粉衍生物、糖原、甘油氨基多糖、糖蛋白、木酚素基聚合物，及其組合。
8.如前述任一項權利要求所述的前體，其特征在于包括(C)，并且其特征在于(D)選自極性溶劑和非極性溶劑。
9.如前述任一項權利要求所述的前體，其特征還在于該前體包括(E)活性組分。
10.如前述任一項權利要求所述的前體，其特征在于包括(C)。
全文摘要
本發明涉及官能化立方凝膠前體、官能化立方液晶凝膠、官能化立方凝膠顆粒的分散體、官能化立方凝膠顆粒，及其制備和使用方法。利用水溶助長劑來制備前體、凝膠、分散體和顆粒，該水溶助長劑不會對前體、凝膠、分散體和顆粒的立方液晶結構產生不良影響。前體、凝膠、分散體和顆粒可用于將活性組分輸送至基質。
文檔編號C09K3/00GK1492917SQ02805195
公開日2004年4月28日 申請日期2002年2月20日 優先權日2001年2月21日
發明者M·L·林奇, P·T·斯派塞, M L 林奇, 斯派塞 申請人:兒童醫院醫學中心